Application of elastic waves interaction to the measurement of nonlinear properties of materials and to high-pressure wave fields characterization. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2005

Application of elastic waves interaction to the measurement of nonlinear properties of materials and to high-pressure wave fields characterization.

Applications de l'interaction d'ondes élastiques à la mesure des propriétés non-linéaires des matériaux et à la caractérisation de champs de pression.

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Xavier Jacob

Abstract

This work presents a study of nonlinear elastic waves interaction, and different experimental techniques devoted to nonlinear properties measurement and high-pressure wave fields characterization. The study develops an analogy between fluids and solids within quadratic approximation, i.e. valid for longitudinal waves. The interaction of two longitudinal waves (30 and 2.5 MHz), equivalent to a phase modulation, allows to measure the nonlinearity coefficient of different kinds of materials, with samples thickness of order 10 mm. The results obtained in fluids, gels and solids, thanks to electronic improvement, shows the flexibility of this method. The specific elasticity of soft solids makes it possible to observe harmonic generation and interaction of shear waves, which are characteristic of the cubic nonlinearity and also confirms diffraction and near field effects. This latter are responsible for odd harmonics apparition. The 1D. transient elastography represents an experimental configuration which can be applied. An optical interferometer was used to measure high-pressure wave fields (at the focus of high-power transducers), and very small displacements (resulting from the radiation stress at the surface of a solid sample). The bandwidth broadening of optical setup and the improvement of phase detection methods make it possible to perform quantitative studies of nonlinear propagation phenomenon.
Ce manuscrit présente une étude de l'interaction non-linéaire d'ondes élastiques et de différentes techniques dédiées à la mesure des propriétés non-linéaires des matériaux et des champs de pression. Nous développons l'analogie entre fluides et solides pour les ondes longitudinales dans l'approximation quadratique. L'interaction de deux ondes (30 et 2,5 MHz), analogue à une modulation de phase, permet de mesurer les coefficients de non-linéarité de différents matériaux, sur des échantillons d'environ 10 mm d'épaisseur. Les résultats obtenus dans les fluides, les gels et les solides, notamment grâce aux améliorations de l'électronique, montrent la souplesse de cette technique. L'élasticité spécifique des solides mous rend possible des expériences de génération d'harmonique et d'interaction d'onde de cisaillement, qui illustrent les caractéristiques de la non-linéarité cubique et confirment l'influence des effets de diffraction. Ces derniers sont responsables de l'apparition d'harmoniques paires. Le palpeur d'élastographie 1D constitue une configuration expérimentale qui nous rapproche des applications. L'interférométrie optique a été appliquée à la mesure de fortes pressions dans l'eau (à la focale de transducteurs de forte puissance) et de très faibles déplacements (induit par la contrainte de radiation à la surface des solides). Les améliorations de l'optique, de l'électronique et du traitement du signal rendent possible l'étude des phénomènes d'acoustique non-linéaire.
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Dates and versions

pastel-00001301 , version 1 (05-09-2005)

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  • HAL Id : pastel-00001301 , version 1

Cite

Xavier Jacob. Applications de l'interaction d'ondes élastiques à la mesure des propriétés non-linéaires des matériaux et à la caractérisation de champs de pression.. Sciences de l'ingénieur [physics]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00001301⟩
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